谈谈万用表超频

dayibalang

这个论坛上不少改万用表的帖子，大约看下来最多的是改9999，改晶振，改锂电。
最近因为改晶振和几位坛友怼了起来，那么就在此把改频的影响分析一下。其实都是基础知识算是做了回搬运工吧
手持万用表的adc主要两大类：积分式和∑-Δ，这两种结构速度都不快，但为什么偏偏选这两种结构？因为精度高，抗干扰。尤其是后者，在充满电磁干扰的实际使用中如果尾数乱跳那么分辨率和精度无从谈起。有人在改完晶振后声称量直流能同时能看到直流中的交流波动这其实是干扰。
日常环境中最大的干扰来自于市电，用一根导线接到示波器上就可以直观看到50Hz的干扰。世界上电网主要是50Hz和60Hz两种频率。如果细心的看万用表说明书会发现还有400Hz，因为在有些场合为了降低变压器重量是用的是频率更高的400Hz，比如飞机上。所以万用表必须对这三个干扰频率进行有效抑制。具体原理我没必要重复，只谈一下改频的影响。
先说积分式。这个图是双积分式ADC的抑制比，为了和∑-Δ的坐标相一致我做了翻转。
右侧箭头处我标出的是厂家给出的设计（400Hz没有画出），为了同时抑制50Hz，60H和400Hz。厂家选择100ms的积分时间。这是能同时抑制三种干扰的最短时间。
右侧箭头处是改8MHz晶振把频率加倍后对50Hz的抑制比，显然不仅降低了抑制比，甚至还降到了第二差的点上。但这个改动对60Hz的抑制就没有影响，所以如果你在日本如果在关西就没有啥影响，在关东就影响大大的。一个国家都有可能电网频率不一样更何况国际，所以厂家设计时是要全面考虑得的。
那对于就在中国国内50Hz电网使用的人来说也不能改了吗？当然不是，只是不能瞎改。对照图上显然是可以的，这几个频率是20MHz, 10MHz, 6.667MHz, 5MHz，这几个频率挺尴尬的，5MHz只速25%，却损失了60Hz抑制，6.6667的49s晶振极其难买，10M又超的太多芯片能不能工作需要尝试，为了不影响精度同时还要做外围电路修改，频率要乘2/5居然还是个分数，20M我就不多说了想改自己撞大运去吧。


再说∑-Δ结构的。这个的工频抑制在于数字滤波。本质都一样坛友们自己看吧。额外要说明的是∑-Δ结构提供了更大的灵活性，如果不在乎差模抑制比，只是想把速度提高其实连晶振都不用换，改个寄存器的配置就行，换晶振带来的频率电容蜂鸣器问题也都根本不会产生。



最后，改不改频率，怎么改，是占了便宜还是丢了西瓜，是聪明还是露怯，各位自己判断，还是那句话这都是基础我只是搬运工，技术无止境，敬畏之心不可无。
祝新冠早日结束，祝坛友身体健康。

老张37475

纸上谈兵，活在厂家的图纸中，就不会动手试试（你可能不知道承永6000字芯片可以达到每秒20次转换:titter:adc可不是你翻两页书就能弄懂的）

worldlyguest

学习了，谢谢！:victory::handshake:

dayibalang

worldlyguest 发表于 2020-4-21 12:35
学习了，谢谢！

客气了，篇幅所限讲的粗浅，欢迎探讨

lotus56

这个思路不错，学习了:smile:

海洋之雁

我原来的7106改过频率读取速度快了 ， 别的没发现什么

dayibalang

海洋之雁 发表于 2020-4-21 12:48
我原来的7106改过频率读取速度快了 ， 别的没发现什么

说明你改的频率对，写这个是为说明怎么改频才是适应使用环境的

mousebat04

我其实并不能太理解有些人改晶振这种行为.
我们用的也是∑-Δ ADC,现在新的万用表普遍用这种结构的ADC了.
理论上这种ADC需要工作在合适的频率,不然影响效果,我们换晶振之后,是要改ADC分频才使用的.
看着他们就直接改晶振,比如4M改8M,相当于一下子ADC的工作频率翻倍,反正我是不会这么用.

dayibalang

mousebat04 发表于 2020-4-21 13:27
我其实并不能太理解有些人改晶振这种行为.
我们用的也是∑-Δ ADC,现在新的万用表普遍用这种结构的ADC了.
...

是的，dmm专用ic内置的∑-Δ adc其实已经是专门优化过的配置了，如果为特定使用条件下继续优化也不是不可以但至少要知道怎么去优化，同时也需要ic支持更改这些配置，公开的手册不一定会公布这些配置，也要联系厂家签nda才能拿到，这样还不如用通用∑-Δ adc自己搭来得灵活
可能是没做过设计有点想当然，其实万用表还需要多快，思考的速度摆在那，干的年头久了，想的虽然快了，但结论还是越来越慢，经验告诉我还是要多想想仔细想想，我们也许几秒钟能给出结论但别人要接着干很久，一但错了，对不起大家伙

lszyc

积分时间从100ms变为50ms，对降低50HZ干扰，影响真不大。

∑-Δ adc通过过取样来提高精度，降低取样倍数，影响精度。

改晶振，有一定好处。

dayibalang

论坛上不是所有人都是干电子的，有的人也许看着换个晶振很容易，速度提升还很明显就跟着改了，并不知道改的对不对，好处看到了，弊端不知道。
写下拙文，望后来改表的人看到后在动手前可权衡利弊

我是不会修

我不会去换更高频的晶振，我觉得意义也不是很大，能多快？即便是快了一点点有何用处？ 一块很慢的表，想必它整体性能就很一般，单纯提高频率也就最多电阻档蜂鸣档啥的能快点，但也仅仅是速度上的一点改变，其他指标呢？？？？慢又能慢到什么程度？  反正我对速度要求不高！哈哈

laipihou

记得n年前，家里的电表刚被换成电子式的时候，我就找过一块废表做过实验，把里面的晶振改成低频率的，果然。。。。嘿嘿，我就不说了，声明我可没改过任何使用中的电表，别来找我:lol:据说现在的电表改晶振也不行了（以前的不带通讯模块，现在的都带，改了就等于自首了:lol:）。
看出来楼主水平很高，但是坛友的实践精神同样也要尊重。我相信一款仪器厂家出厂前肯定是调到综合性能最均衡的状态的。当然因为商业因素也有例外，比如33+系列，比如CPU的降频锁频，还有臭名昭著的苹果降频。。。所以动手实验也未必不可，就算不成功玩玩也是很快乐的。能像楼主一样在理论的指导下动手当然最好，但是大部分爱好者都没有这么深的理论知识，那就胡乱试验一下也不错。大家要互相理解互相尊重。每个人都有比别人长的一面也必然有短的一面。希望大家不要再吵吵了，非要证明自己比对方强有什么用呢？多说一句谢谢，多说一句学习了，，，

世人打我左脸，我送上右脸。世人偷我内衣，我送予外衣………………

dayibalang

laipihou 发表于 2020-4-21 14:41
记得n年前，家里的电表刚被换成电子式的时候，我就找过一块废表做过实验，把里面的晶振改成低频率的，果然 ...

哈哈，没有看不起坛友动手的意思，如果您有耐心且无聊至极，可以看看怼的过程，我怼的是没钱就不配谈技术这说法，凭什么我用几十元的表就不配谈技术了，对吧。

aacyxjz

谢谢分享，
加分支持，
俺老老实实用表连9V改双锂电都懒哈哈

西林迷

我今天才知道，原来改晶振这么多学问，我以为就是换8m完事儿了呢，一切都完美

唉
但是没办法啊，速度太慢，接受不了，那就只能自己选择了
我还是只能选择速度快点。。。
没有完美方案啊，好纠结！

wc5095928

搞个廉价单片机当外部时钟源应该可以达成6.666667

西林迷

最早的改晶振，大概是930万用表那一代了吧
因为自带的RC电路，都不准，基本上速度都是达不到100khz的，于是改成了100khz，这个速度凑合了，稍慢
7129芯片最高到360khz，于是就有人改成200khz了，正好能兼容国内市电频率，还能提升速度

在之后，就是福禄克的15b系列了，出了名的慢，换了晶振，速度提升，爽歪歪
于是从此之后，改晶振就是提升表速度的不二法门。
17b，秋月p16,ut210e钳表，尤其是新款装速度就是比老版的慢，换晶振了，直接速度提升，还不是太快，正合适的速度呢。
至于改了之后，会不会出现其他看不到的问题，那就看不到了，忽略，不管，反正看不到

dayibalang

wc5095928 发表于 2020-4-21 16:57
搞个廉价单片机当外部时钟源应该可以达成6.666667

没那么麻烦，49s不好找，有源晶振还是有的，3-5块钱，虽然焊盘对不上但也比弄个单片机简单多了，要是有兴趣搞复杂的可以试试锁相环把频率直接对应干扰，试试把adc榨干。
其实10兆也可以一试的，但10兆还有外围要一并修改，等有人试过10兆，芯片能支持再说吧，我就这一块表要赔偿给别人的，不能改

dayibalang

西林迷 发表于 2020-4-21 17:04
最早的改晶振，大概是930万用表那一代了吧
因为自带的RC电路，都不准，基本上速度都是达不到100khz的，于是 ...

15b的fs9721-lp3详细资料我也没有。除非改完进行测试否则没法评估影响。
b+的资料比较全
7107，7129改时钟的终极玩法应该是前面提到的锁相时钟，固定频点的锁相好做但要能应对不同干扰频率自动优化则有相当多的工作要做